한국원자력연구원(원장 주한규) 선진핵주기기술개발부 박환서 박사 연구팀이 세계 최초로 세계 최대 용량의 ‘중수로 폐수지 처리’ 상용규모 실증에 성공했다.

원자력연은 지난 2018년 ‘마이크로파 조사를 통한 폐수지 처리 원천기술’을 개발한 바 있는데 이 기술은 마이크로파로 이온교환수지를 가열해 화학적 구조를 변화시켜 탄소-14를 분리하는 기술이다.

해당기술을 바탕으로 상용규모 공정을 개발해 지난 2월 월성원전 내 보관 중인 폐수지를 처리해 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리·저감하고 회수했다.

이번 실증은 세계 최초로 안정성을 확인받고 인허가를 거쳐 실제 사용항 폐수지를 상용규모로 처리해 성공한 것으로 그 의미가 크다.

중수로를 운영하는 캐나다, 중국, 인도 등에서도 중수로 폐수지 처리 관련 연구를 진행 중에 있지만 실험실 규모 실증 단계다.

또 대부분 폐수지에 전기, 열 또는 산을 가하는 방식으로 저감 처리, 이로 인해 과도한 2차폐기물이 발생하고 처리에 오랜 시간이 걸리는 등의 문제점이 발생했다.

반면 원자력연은 폐수지 내 탄소-14를 효과적으로 회수하기 위해 마이크로파에 주목했는데 마치 전자레인지의 마이크로파가 음식물을 조사해 운동에너지를 발생시켜 음식물을 데우듯이 폐수지를 2시간 정도 마이크로파로 조사하면 화학반응이 일어나 탄소-14가 약 99% 분리되는 것을 확인했다.

원자력연은 실증을 위해 냉장고 크기의 마이크로파 조사반응기를 발전소 내부에 설치하고, 폐수지 저장탱크에 있는 폐수지를 옮겨 마이크로파 반응기에 투입했다.

조사가 진행되는 동안 폐수지의 탄소-14가 장치 내부에서 가스 형태로 발생되고, 이를 흡착장치로 흘려보내면 흡착제가 탄소-14를 회수하고, 남은 폐수지는 저준위폐기물로 분류돼 경주처분장으로 보내지게 된다.

국내 중수로에 보관된 폐수지 역시 많은 양의 탄소-14를 포함하고 있는데 이는 약 1조 원 이상의 가치를 지닌다. 원자력연이 개발한 기술로 전량 수입에 의존하는 고가의 동위원소를 직접 회수해 국내 산업에 활용하거나 수출할 수 있는 길을 개척한 것이다.

폐수지에서 회수한 탄소-14는 농축 과정 한번만 거치면 의약품 개발에 사용되는 표지화합물의 원료물질로 사용할 수 있고, 기능성 소재 개발과 같은 새로운 4차 산업 소재 분야에도 응용이 가능해 그 활용성에 기대가 크다.